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模数转换器在称重仪表中的应用

发布时间:2020-10-22 09:51:34 |来源:网络转载

1概述
衡器作为国家重点管理的计量器具产品在国内外贸易结算、大宗物料计量、冶金、重型装备、制造业工艺控制以及交通道路安全等诸多方面发挥了重要作用。近几年,电子技术的高速发展,促进了衡器技术的快速发展,由称重仪表和传感器组成的各类电子衡器也得到了广泛的应用,特别是称重仪表技术,在电子技术高速发展的支持下,称重仪表在新产品开发、设计等方面都取得了很大的进步,使称重仪表从单一称重显示局向集成化、多功能化和智能化等高端仪表方向发展。然而,随着市场竞争的越来越激烈,许多衡器厂家都推出了相应的称重仪表;但由于设计不同,价格差距也较大,特别是在高端称重仪表方面,价格更是高得离谱。实际上,高端称重仪表除了功能以外,主要是分辨率高,当然也包括外壳采用了的材料等。
目前,许多称重仪表采用双积分或三积分A/D转换器,不但功耗大,面积也大,分辨率一般只能做到16位到18位,抗电磁波干扰能力较差。特别是电磁波功率增大到一定程度(如对讲机)时,就会对称重数据造成较明显的干扰,使得读数不稳,从而影响正常的称重计量。CS1242的低功耗和24位的高分辨率,特别是它不足len?的面积和超强的抗电磁波干扰能力,非常适合用在附近有无线发射/接收设备的场合,CS1242在称\    重仪表上的应用,较大提高了称重仪表的性能和工作的可靠性。下面就CS1242型模数转换器特性、工作原理、与单片机接口电路设计、程序设计思路做详细的阐述。
2CS1242特性及工作原理
可编程增益放大器(1~128倍)
∆∑模数转换器
线性误差:小于0.0015%FS
分辨率:24位,有效精度22位
二通道差动输入
可编程增益:1~128
三线串行接口:兼容SPI总线接口
低功耗:最小0.6mW
电源配置:2.7V-5.5V
3CS1242模数转换原理
其原理框图如图]所示。
AIN0-AIN3是CS1242的模拟信号输入端,

称重仪表原理框图

传感器输出的毫伏级信号加到CS1242的模拟输入端,单片机通过三线串行接口(SCLK、SDLSDO)选择CS1242的通道、增益和输出字速率,然后启动A/D转换,转换结束后,读取A/D结果。
4CS1242与单片机接口电路设计
与单片机接口部分电路原理图如图2所示。

与单片机接口部分电路原理图

读取A/D转换结果后,单片机经过判断、数字滤波、标度变换和译码后,送显示驱动电路,再由显示屏显示出相应的称重值,同时可以通过RS232接口输出标准串行数据,也可由RS485接口实现远距离传输。
在图2中,Rl、R2、R3、R4为传感器中的应变计,其输出信号接到CS1242的模拟输入通道1,R5、C3组成模拟与数字电源之间的RC滤波器,XT1为晶振,C1为模拟电源滤波电容,CS为片选控制端,是允许访问串行口的控制线,当CS拉低时,串行口可作为三线接口来访问。SDI为串行数据输入端,SDO为串行数据输出端,当CS=1时,SDO为高阻态。SCLK为串行时钟,是数据位移入或移出ADC串行口的控制时钟,只有当CS=0时,串行口时钟才能被端口逻辑识别。
5程序设计

5.1读/写片内寄存器其时序电路如图3、图4所示。

读/写片内寄存器其时序电路图

5.2程序流程框图
如图5。

称重仪表程序流程框图

6试验结果
为了检验应用CS1242型模数转换器的称重仪表准确度,我们参照了GB/T7724-1999的检测方法,用标准信号源进行试验,进口七位半电压表监测,重复测试3次,结果见表1。

称重仪表测试数据图

7结束语
表1的测试结果是经过标度变换后得到的显示值(未进行非线性修正),当量精度达到了0.001%,如果要得到更高的精度,还可采用多点非线性修正的方法。在称重仪表设计中采用高分辨率模数转换器,的确是提高仪表准确度的一种切实可行的方法。
 

 

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